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无人机无人船海上作业协同控制方法总体要求

1范围

本文件规定了无人机无人船海上协同作业控制方法的总体要求、协同控制方法、算力调度、协同方式与技术要求、协同效果评估、安全注意事项、质量控制、应急响应等。

本文件适用于无人机和无人船海上协同作业控制作业，包括但不限于海洋地形测绘、海岸线监测、水下地形测量、海岸淤进监测、海洋养殖容量评估等。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T12345-2021无人机系统通用技术要求GB/T67890-2020无人船系统技术规范

3术语和定义

无。

4总体要求

4.1协同控制框架

无人机与无人船的协同控制应基于统一的控制框架，确保各无人系统间的互联互通。该框架应包括以下要素：

4.1.1整体架构

协同控制框架应由以下几个主要组成部分构成，以支持无人机和无人船之间的高效协同作业：

主控系统：负责总体任务规划、协调和监控各个无人系统的作业进度。主控系统应具备实时数据分析和决策支持能力。

子系统控制器：每个无人机和无人船应配备独立的控制器，负责本系统的自主导航、数据采集和基本任务执行。控制器应具备局部决策能力，能在主控系统的指挥下执行具体操作。

通信网络：应建立可靠的通信网络，以实现各无人系统之间的实时数据传输和指令下达。通信网络应具备高带宽、低延迟的特性。

4.1.2任务分配与调度

任务分配策略：根据作业的具体需求和无人系统的能力，智能算法应用于动态分配任务。例如，优先考虑无人机的飞行能力和无人船的水下探测能力。

实时调度：在作业过程中，主控系统应根据实时环境变化和作业进度，动态调整任务分配和调度策

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略。此过程应基于边缘计算技术，快速响应。

4.1.3数据共享与融合

数据共享机制：所有无人系统应能实时共享采集的数据，包括位置信息、环境数据和任务状态等。应采用标准化的数据格式和传输协议，以便于数据的统一管理和处理。

数据融合算法：为提高数据的可靠性和精度，系统应采用数据融合算法，将来自不同无人系统的数据进行整合，生成综合的作业信息。例如，可以使用卡尔曼滤波等算法对位置信息进行融合。

4.1.4协同决策支持

决策支持系统：应开发基于人工智能的决策支持系统，辅助主控系统在复杂环境下进行实时决策。系统应具备机器学习能力，能够根据历史数据不断优化决策模型。

多目标优化：在协同作业中，应考虑多个目标的优化，例如时间效率、资源利用和数据质量。系统应能够对这些目标进行权衡，以实现最优作业方案。

4.1.5监控与反馈

实时监控：主控系统应对各无人系统的状态进行实时监控，包括位置、状态、任务进度等，并能够及时发现异常情况。

反馈机制：各子系统应定期向主控系统反馈作业状态和数据采集情况，以便主控系统做出相应的调整和优化。同时，主控系统应能将决策结果及时反馈给各子系统，以确保协同操作的顺畅。

4.1.6系统冗余与容错

冗余设计：关键系统应具备冗余设计，以应对单点故障带来的风险。无论是通信、导航还是数据处理部分，均应有备用方案。

容错机制：系统应能够在发生故障时快速切换到备份模式，确保作业的持续性和稳定性。

4.2数据采集

4.2.1精度

所有数据采集应达到厘米级精度，特别是使用北斗高精度定位技术时，要求定位误差不超过10厘米。

数据采集的精度应根据具体作业任务进行优化设置，确保满足作业需求。

4.2.2采集频率

数据采集频率应根据任务类型进行设定：

对于静态监测任务，采集频率宜为每分钟一次；

对于动态监测任务，采集频率宜不低于每秒一次，以确保实时性。

4.2.3数据类型

应采集的主要数据类型包括：

位置数据：通过北斗系统获得的精确位置信息。

环境数据：包括温度、湿度、风速、波浪高度等，采用相应的传感器进行测量。水下数据：使用声纳或激光测深仪获取水下地形信息。

其他数据：根据无人机无人船搭载的传感器定义。

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4.2.4数据格式

所有采集的数据应采用标准化格式，确保数据的互操作性和后续处理的便捷性。

4.2.5数据存储与管理

数据应实时存储在本地设备和云端平台，确保数据的安全性和可追溯性。应建立数据管理系统，提供数据的分类、检索和分析功能。

4.3技术兼容性

4.3.1通信协议支持

无人系统应支持多种通信协议，如TCP/IP、UDP、MQTT等，以确保各系统间的互通性和数据传输的高效性。

4.3.2数据接口

所有设备应提供标准化的数据接口，支持通用数据格式，确保不同品牌和型号的无人系统可以顺利集成。

4.3.3软件兼容性

无人系